イタリアの研究者らが植物由来の溶媒を開発　木材を一時的に軟化させて成形可能に

イタリアのItalian Institute of Technology（IIT）の研究者らは、植物由来の溶媒を用いて木材を一時的に柔軟にする処理方法を開発した。木質を損なうことなく、より持続可能な木材の曲げ加工方法だと研究チームは説明している。研究チームは副科学ディレクターのAthanassia Athanassiou氏が主導し、研究結果は『Materials Letters』誌に発表された。木材は依然として持続可能で強靭、生分解性があり、経済的な素材であるが、その剛直な構造のため、他の加工方法で必要とされる化学薬品を使用しなければ曲線形状に成形することが難しい。

既存の木材成形技術は大きく二つに分類できる。一つはエネルギーを大量に消費する方法で、木材の機械的特性を変化させ、耐久性を低下させる。もう一つは合板や積層材に使われる技術で、石油化学由来の接着剤に依存している。これらの接着剤は製造過程で汚染を生み出し、最終製品を生分解不可能にして、製品の寿命を終えた後の処理を困難にする。IITの新手法の中核はCyreneであり、植物に自然に存在する化合物であるセルロースから抽出されたグリーン溶媒である。

新技術の環境特性

水と混合すると、この溶媒は木材のアモルファス成分——リグニンやヘミセルロース、そして木材自体のセルロース——に浸透し、木材の内部構造を破壊することはない。

Cyrene水溶液が木材に浸透すると、木材はより柔軟になり、希望する形状に曲げやすくなる。曲げ加工の後、木材を乾燥させることで新しい幾何学的形状に固定され、処理前の機械的特性には影響しない。このプロセスは石油化学添加剤を必要としないため、成形後の木材は完全に生分解性を維持する。さらに二回目の処理で木材を元の形状に戻すことも、完全に再成形することもできる。関連する研究論文によると、50:50のCyrene水溶液で処理した木材は、水のみで処理した木材と比べて曲げひずみが約30%高かった。

この改善により、木材は破壊される前により大きく曲げたり、ねじったりできるようになる。乾燥後、処理木材の機械的強度は未処理木材と同等か、それよりわずかに高く、リグニン含有量の変化は検出されなかった。

応用拡大の可能性

研究者らは厚さ1〜5ミリメートル（0.04〜0.2インチ）の薄い木材ベニヤでこの処理方法を試験した。模型製作や木工で一般的に使用される樹種を使用し、主な試験材はホワイトバーチで、バルサ、ブラジルウォルナット、オクメ、アッシュも含まれていた。研究チームは、このプロセスをより大きな木材ブロックに拡張するには、研究室規模の設備ではなく工業施設が必要になると指摘している。IITのスマートマテリアルユニットの研究員Martina Nardi氏は、木材の本質的な魅力を直接的に表現している。氏は、木材はその強度、耐久性、断熱性、そして天然由来であるという特性を組み合わせて備えており、気候変動の緩和にとって重要なツールであると述べた。

氏は、木材加工性を拡大してより多くの用途に適用できる持続可能な手法を開発することで、天然の機械的特性や生分解性を犠牲にしないことが重要だと強調した。この方法は現在特許出願中であり、研究者らは最も恩恵を受ける産業を特定するためのさらなる研究を計画している。候補として挙げられている産業には、楽器製造、子供向け玩具、家具、インテリアデザインなどがあり、いずれも木材を新しい形状に曲げるための真に持続可能な手法を活用できる分野である。

植物由来溶媒が木材加工に与える影響

IITによるこの研究は、特に持続可能性の面で、木材加工における植物由来溶媒の可能性を実証している。環境意識の高まりとともに、従来の木材加工方法の環境影響が注目されている。新手法は石油化学物質への依存を減らすだけでなく、木材の生分解性を維持しており、気候変動の緩和にとって重要な意味を持つ。さらに、この技術の応用可能性は広く、楽器、玩具、家具など複数の産業を包含しており、これらの産業の生産方式を変え、持続可能な発展を促進する可能性がある。